解决土地资源紧张的综合生活系统

摘要

本发明提供了一种解决土地资源紧张的综合生活系统，包括：种植区，被布置在可透光的建筑内，以用于种植植物；光照导入设备，被配置为将建筑外的太阳光导入至建筑内的种植区与太阳能电池板上；太阳能电池板，被配置为利用太阳光光能发电，为建筑的用电设备和发光装置提供电能；发光装置，被配置为在太阳光光照强度小于阈值时为种植区提供光照；控制系统，被配置为分配太阳能电池板的电能至建筑的用电设备和发光装置，以及检测太阳光光照强度，并根据太阳光光照强度开关发光装置、以及调节发光装置的亮度。

说明书

技术领域

本发明涉及低碳环保技术领域，特别涉及一种解决土地资源紧张的综合生活系统。

背景技术

低碳城市(Low-carbon City)，指以低碳经济为发展模式及方向、市民以低碳生活为理念和行为特征、政府公务管理层以低碳社会为建设标本和蓝图的城市。低碳城市已成为世界各地共同追求的目标，很多国际大都市以建设发展低碳城市为荣，关注和重视在经济发展过程中的代价最小化以及人与自然和谐相处、人性的舒缓包容。

现代大城市人口密集，导致城市需要的食物运输成本巨大，城市农场的建立可以免去拖拉机、货车等长途运输环节，有效减少二氧化碳的排放量，节约农业用水量，降低粮食生产成本，是未来城市人群食物来源的可行性方案之一，符合低碳城市的理念。

城市农场是将农产品、牲畜养殖等农业环节放入到可模拟农作物生长环境的多层和高层建筑中，通过能源加工处理系统，实现城市粮食与能源的自给自足。

随着城市人口的激增，越来越多的国家开始研究城市农业技术。然而，城市的绿化空间本来就极为有限，不可能再有多余的水平空间用于农业种植。于是，就有许多建筑设计师提出并设计了室内农场的方案。室内农场的表面积比等面积的传统农场受到更少阳光的照射，因此需要更多的人工照明及热能才能在四季正常运作，致使批评者认为成本太高而不可行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决土地资源紧张的综合生活系统，以解决现有的室内农场需要人工照明导致成本太高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种解决土地资源紧张的综合生活系统，包括：

种植区，被布置在具有可透光的建筑内，以用于种植植物；

光照导入设备，被配置为将所述建筑外的太阳光导入至种植区和太阳能电池板上；

太阳能电池板，被配置为利用太阳光光能发电，以便为所述建筑的发光装置提供电能；

发光装置，被配置为在太阳光光照强度小于阈值时为种植区提供光照；

控制系统，被配置为执行下列动作：

将太阳能电池板的电能分配给所述建筑的发光装置，以及

检测太阳光光照强度，并根据太阳光光照强度开关发光装置。

可选的，在所述的解决土地资源紧张的综合生活系统中，所述控制系统还被配置为根据太阳光光照强度低于阈值的程度来调节发光装置的亮度。

可选的，在所述的解决土地资源紧张的综合生活系统中，所述太阳能电池板被布置在建筑的墙壁上，与种植区的布置角度呈90°；或

所述太阳能电池板被布置在建筑的屋顶上，与种植区的布置角度呈180°。

可选的，在所述的解决土地资源紧张的综合生活系统中，所述光照导入设备包括：

分光棱镜模组，被布置在建筑的外侧墙壁上部，以将太阳光进行分光后形成第一光路和第二光路；

第一光路传输至第一反光镜模组，第二光路传输至第二反光镜模组；

第一反光镜模组，被吊装在建筑的内部房顶，以将第一光路反射至种植区；

第二反光镜模组，被吊装在建筑的内部房顶、以及被布置在建筑的内侧墙壁上，以将第二光路反射至太阳能电池板。

可选的，在所述的解决土地资源紧张的综合生活系统中，还包括：

光学传感器，被布置在建筑的屋顶、地面和/或墙壁，以检测太阳光的光照强度、光照方向及光照波长；

所述光学传感器将太阳光的光照强度、光照方向及光照波长提供至控制系统。

可选的，在所述的解决土地资源紧张的综合生活系统中，所述控制系统根据光照强度控制发光装置的开关、以及调节发光装置的亮度；

所述控制系统根据光照方向调节分光棱镜模组、第一反光镜模组及第二反光镜模组的位置及旋转角度，以增加照射在种植区及太阳能电池板上的太阳光光照；

所述控制系统根据光照波长调节分光棱镜模组的位置和角度，以使第一光路的波长在适合植物光合作用的波长范围内，使第二光路的波长在适合光伏发电的波长范围内。

可选的，在所述的解决土地资源紧张的综合生活系统中，所述分光棱镜模组包括多个棱镜，其中：

各个棱镜在垂直方向上的距离为20cm～100cm，以避免棱镜之间的遮挡；

调节所述棱镜的位置和角度，以使所述棱镜分出照射在第一反光镜模组与第二反光镜模组上的特定光线。

可选的，在所述的解决土地资源紧张的综合生活系统中，调节所述棱镜的位置和角度，以达到以下条件：

所述第一光路的波长为315-520nm，用于植物光合作用；

所述第二光路的波长为450-950nm，用于光伏发电。

可选的，在所述的解决土地资源紧张的综合生活系统中，所述发光装置的波长为315-520nm，用于植物光合作用。

可选的，在所述的解决土地资源紧张的综合生活系统中，太阳能电池板利用太阳光光能发电，以便为所述建筑的用电设备和控制系统提供电能；

控制系统将太阳能电池板的电能分配给所述建筑的用电设备；

所述用电设备包括灌溉系统、动力装置及音视频装置。

在本发明提供的解决土地资源紧张的综合生活系统中，通过光照导入设备将建筑外的太阳光导入至建筑内的种植区，增加了照射在种植区的光照，可以有效提高种植区的产量；另外，通过将光照引导至太阳能电池板上，太阳能电池板为建筑的用电设备，实现了城市建筑的低碳环保生活，减低了电网输入用电量；通过太阳能电池板和发光装置为在太阳光光照强度小于阈值时(例如夜晚或阴天)为种植区提供光照，进一步的增加照射在种植区的光照，大大提高了种植区的产量。

进一步的，通过太阳能电池板被布置在建筑的墙壁上，与种植区的布置角度呈90°，或太阳能电池板被布置在建筑的屋顶上，与种植区的布置角度呈180°，使得太阳能电池板并不占用种植区的面积，增加了种植的利用率和利用空间，适合于城市农场情景，节约城市宝贵的土地资源。

更进一步的，本发明中的控制系统扮演了中央调控的角色，提供分配电能、调节种植区照射强度、控制各个光学组件的姿态位置、监测各个部件的运行等功能，还可以作为太阳能电池板的控制中枢，以上功能集成于一体形成智能城市生活生态体，增加整个系统的协同能力。

最后，本发明的发明人洞察到，太阳能电池板吸收波长范围450-950nm的光，且不同植物光合作用主要吸收315-520nm的光，发明人基于以上洞察，为了提高每单位太阳能利用率及太阳能利用水平，本发明通过根据光照波长调节分光棱镜模组的位置和角度，以使第一光路的波长在适合植物光合作用的波长范围内，使第二光路的波长在适合光伏发电的波长范围内，利用太阳光光谱范围的差异，实现了提高单位面积太阳能利用率，整个方案更具有可行性。

附图说明

图1是本发明一实施例解决土地资源紧张的综合生活系统示意图；

图中所示：1-分光棱镜模组；2-第一反光镜模组；3-第二光路；4-第二反光镜模组；5-太阳能电池板；6-种植区；7-第一光路。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的解决土地资源紧张的综合生活系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。

本发明的核心思想在于提供一种解决土地资源紧张的综合生活系统，以解决现有的室内农场需要人工照明导致成本太高的问题。

为实现上述思想，本发明提供了一种解决土地资源紧张的综合生活系统，包括：种植区，被布置在可透光的建筑内，以用于种植植物；光照导入设备，被配置为将建筑外的太阳光导入至建筑内的种植区与太阳能电池板上；太阳能电池板，被配置为利用太阳光光能发电，为建筑的用电设备和发光装置提供电能；发光装置，被配置为在太阳光光照强度小于阈值时为种植区提供光照；控制系统，被配置为分配太阳能电池板的电能至建筑的用电设备和发光装置，以及检测太阳光光照强度，并根据太阳光光照强度开关发光装置、以及调节发光装置的亮度。

本发明提供一种解决土地资源紧张的综合生活系统，包括：种植区6，被布置在可透光的建筑内，以用于种植植物；光照导入设备，被配置为将建筑外的太阳光导入至建筑内的种植区6与太阳能电池板5上；太阳能电池板5，被配置为利用太阳光光能发电，为建筑的用电设备和发光装置提供电能；发光装置，被配置为在太阳光光照强度小于阈值时为种植区6提供光照；控制系统，被配置为分配太阳能电池板5的电能至建筑的用电设备和发光装置，以及检测太阳光光照强度，并根据太阳光光照强度开关发光装置、以及调节发光装置的亮度。

应该注意的是，该可透光的建筑可以是具有玻璃外墙的高层建筑、或者透明塑料材料建成的大棚苗圃，大棚苗圃可以建在农村的田地里，可以建在城市中高层建筑的楼顶，本实施例以玻璃外墙的高层建筑为例来说明整个综合生活系统的结构和作用，本领域技术人员可以本实施例为指导用于其他场合。若在大棚苗圃中采用该综合生活系统，则可以解决我国华北平原、黄淮流域人口集中、土地资源紧张且能源消耗大，却难以大规模开展太阳能等清洁能源利用的弊端，使得清洁能源的利用实现原地生产原地使用的效果。

在本发明的一个实施例中，在所述的解决土地资源紧张的综合生活系统中，所述太阳能电池板5被布置在建筑的玻璃墙壁上(若太阳光直射在玻璃墙壁上则可以直接利用太阳能电池板进行发电，若太阳光不直射玻璃墙壁再利用光照导入设备进行光入射角度的调节)，与种植区6的布置角度呈90°；或所述太阳能电池板5被布置在建筑的屋顶上，与种植区6的布置角度呈180°。

在本发明的一个实施例中，在所述的解决土地资源紧张的综合生活系统中，所述光照导入设备包括：分光棱镜模组1，被布置在建筑的外侧墙壁上部，以将太阳光进行分光后形成第一光路7和第二光路3；第一光路7传输至第一反光镜模组2，第二光路3传输至第二反光镜模组4；第一反光镜模组2，被吊装在建筑的内部房顶，以将第一光路7反射至种植区6；第二反光镜模组4，被吊装在建筑的内部房顶、以及被布置在建筑的内侧墙壁上，以将第二光路3反射至太阳能电池板5。

在本发明的一个实施例中，在所述的解决土地资源紧张的综合生活系统中，还包括：光学传感器，被布置在建筑的屋顶、地面和/或墙壁，以检测太阳光的光照强度、光照方向及光照波长；所述光学传感器将太阳光的光照强度、光照方向及光照波长提供至控制系统。

在本发明的一个实施例中，在所述的解决土地资源紧张的综合生活系统中，所述控制系统根据光照强度控制发光装置的开关、以及调节发光装置的亮度；所述控制系统根据光照方向调节分光棱镜模组1、第一反光镜模组2及第二反光镜模组4的位置及旋转角度，以增加照射在种植区6及太阳能电池板5上的太阳光光照；所述控制系统根据光照波长调节分光棱镜模组1的位置和角度，以使第一光路7的波长在适合植物光合作用的波长范围内，使第二光路3的波长在适合光伏发电的波长范围内。

在本发明的一个实施例中，在所述的解决土地资源紧张的综合生活系统中，所述分光棱镜模组1包括多个棱镜，其中：各个棱镜在垂直方向上的距离为20cm～100cm，以避免棱镜之间的遮挡；调节所述棱镜的位置和角度，以使所述棱镜分出照射在第一反光镜模组2与第二反光镜模组4上的特定光线。

在本发明的一个实施例中，在所述的解决土地资源紧张的综合生活系统中，调节所述棱镜的位置和角度，以达到以下条件：所述第一光路7的波长为315-520nm，用于植物光合作用；所述第二光路3的波长为450-950nm，用于光伏发电。所述发光装置的波长也设置为315-520nm，该波长适宜于植物光合作用。

另外，太阳能电池板利用太阳光光能发电，以便为所述建筑的用电设备和控制系统提供电能；控制系统将太阳能电池板的电能分配给所述建筑的用电设备；所述用电设备包括灌溉系统(为种植区灌溉)、动力装置(播种除草收割等)及音视频装置(监控管理)。进一步使整个综合生活系统自成体系，无需外界能量和物质输入，极大的适用于未来低碳城市中各个子系统的分布式生活模式。

在本发明提供的解决土地资源紧张的综合生活系统中，通过光照导入设备将建筑外的太阳光导入至建筑内的种植区6，增加了照射在种植区6的光照，可以有效提高种植区6的产量；另外，通过将光照引导至太阳能电池板5上，太阳能电池板5为建筑的用电设备，实现了城市建筑的低碳环保生活，减低了电网输入用电量；通过太阳能电池板5和发光装置为在太阳光光照强度小于阈值时(例如夜晚或阴天)为种植区6提供光照，进一步的增加照射在种植区6的光照，大大提高了种植区6的产量。

进一步的，通过太阳能电池板5被布置在建筑的墙壁上，与种植区6的布置角度呈90°，或太阳能电池板5被布置在建筑的屋顶上，与种植区6的布置角度呈180°，使得太阳能电池板5并不占用种植区6的面积，增加了种植的利用率和利用空间，适合于城市农场情景，节约城市宝贵的土地资源。

更进一步的，本发明中的控制系统扮演了中央调控的角色，提供分配电能、调节种植区6照射强度、控制各个光学组件的姿态位置、监测各个部件的运行等功能，还可以作为太阳能电池板5的控制中枢，以上功能集成于一体形成智能城市生活生态体，增加整个系统的协同能力。

最后，用于本发明的发明人洞察到，太阳能电池板5吸收波长范围450-950nm的光，且不同植物光合作用主要吸收315-520nm的光，发明人基于以上洞察，为了提高每单位太阳能利用率及太阳能利用水平，本发明通过根据光照波长调节分光棱镜模组1的位置和角度，以使第一光路7的波长处于适合植物光合作用的波长范围内，使第二光路3的波长处于适合光伏发电的波长范围内，利用太阳光光谱范围的差异，实现了提高单位面积太阳能利用率，整个方案更具有可行性。同理，发光装置的波长也应处于适合植物光合作用的波长范围内。

本发明提出的通过对不同波段的太阳光进行分离，分别用于植物光合作用及光伏发电，从而充分利用太阳能的原理，应理解为一切通过分离不同波段太阳光以充分利用太阳能的方法。本发明中的第一反光镜模组2和第二反光镜模组4只是为了说明该方法的原理，应理解为一切使用反光镜或其他手段控制光路传播的方法。本发明提到分离光谱范围为315-520nm，490-950nm，应理解为任何可能的光谱波段划分，不限于所列举的数值范围。

综上，上述实施例对解决土地资源紧张的综合生活系统的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。